Staking och protokollsäkerhet: Ryggraden i blockkedjesäkerhet

Konsensusmekanismer spelar en avgörande roll i blockkedjeteknologin med tanke på dess decentraliserade natur. De validerar transaktioner, säkerställer att hela nätverket delar samma huvudbok och skyddar mot attacker genom att stimulera ansvarsfullt beteende bland deltagarna.

Proof of Stake (PoS) är en av de mest använda konsensusmekanismerna. I den här artikeln utforskar vi PoS ur Ethereums perspektiv – det näst största protokollet baserat på marknadsvärde – och förklarar hur det skyddar nätverket.

Grunderna i blockkedjesäkerhet

Tre principer ligger till grund för blockkedjans säkerhet:

• Oföränderlighet: ingen kan ändra eller modifiera transaktioner som behandlats och registrerats på en blockkedja. Varje block innehåller en hash – en sträng med fast längd skapad av en kryptografisk algoritm – som representerar alla dess transaktioner och de som lagras i det föregående blocket. 

• Decentraliserad: ingen enskild myndighet kontrollerar nätverket. Deltagare, som kallas noder, ansvarar för att validera och registerföra transaktionerna. Även om flera noder misslyckas kan nätverket fortsätta att fungera.  

• Konsensus: hela nätverket måste vara överens om den senaste statusen för huvudboken, vilket uppnås med hjälp av en konsensusmekanism.

En PoS-konsensusmekanism kräver att noder (validatorer) ”stakar” (låser in i ett smart kontrakt) en specifik mängd av protokollets ursprungliga token för chansen att bli slumpmässigt utvald att bearbeta nästa transaktionsblock. Ju större insatsen är, desto större är en validators chans att han eller hon blir utvald. Andra noder – som kallas attestatorer – bekräftar giltigheten av varje block. 

Ethereum bytte från Proof of Work-mekanismen (PoW) till PoS i september 2022. Huvudorsaken till ”The Merge”, som kryptocommunityn kallar övergången, var att förbättra skalbarheten och minska protokollets energiförbrukning. Minimiinsatsen för validatorer på Ethereum är 32 ether, och nätverkets algoritm slumpar fram en ny validator var 12:e sekund.

Säkerhetsmekanismer hos Ethereum 2.0

Ethereum uppmuntrar gott beteende genom att betala ut blockbelöningar, som validatorerna tjänar genom att delta i konsensusmekanismen och säkra nätverket. De betalas ut i proportion till balansen av en validators insats och kommer i två former:  

• Protokollet betalar konsensusbelöningar till validatorer, attesterare och ”synkroniseringskommittéer” som ser till att alla noder har den senaste versionen av huvudboken. Dessa belöningar är den främsta källan till nyutgiven ether. 

• Validatorer tjänar exekveringsbelöningar (belöningar för genomförande) genom transaktionsavgifter – så kallade gasavgifter. De kan dessutom tjäna dricks som användare betalar för att uppmuntra validatorer att inkludera deras transaktion i nästa block, och för att uppfylla Maximal Extractable Value-förfrågningar (MEV) om att inkludera, utesluta eller omordna transaktioner i ett block.

Läs mer om stakingavkastning på Ethereum.

Protokollet straffar också validatorer för att avskräcka från dåligt beteende. Noder får mindre böter för att vara offline, men mer allvarliga överträdelser kan leda till ”slashing”, där en del av en validators insats (minst 1 ether) tas bort från cirkulation eller ”bränns”. Dessa påföljder kan i slutändan kosta en validator hela sin insats (stake).

Tre överträdelser ger rätt till slashing: 

• Att föreslå och signera två olika block under samma slot (den 12-sekundersperiod under vilken en validator föreslår ett nytt block av transaktioner)

• Att attestera ett block som motsäger de uppgifter som finns i ett tidigare block

• Att attestera två olika block för en slot

För att avskräcka från överenskommelser kan nätverket ålägga ett ytterligare straff om flera validatorer begår samma överträdelse inom några dagar.

Förbättrad säkerhet hos Ethereum 2.0

Två mått som används för att mäta decentralisering hos en PoS-mekanism och därmed dess säkerhet, är antalet validatorer och procentandelen av den ursprungliga tokens totala cirkulerande utbud som är stakat (nätverk med en högre procentandel är svårare att hacka). Enligt dataanalytikern Dune har Ethereum 1 074 669 validatorer (per den 10 september 2024) och antalet har stadigt ökat sedan The Merge. Dune uppskattar också att 28,07% av det cirkulerande utbudet av ether är stakat (per den 10 september 2024).

Jämfört med andra PoS-blockkedjor är Ethereum väldigt decentraliserat när det gäller antalet validatorer, även om det rankas lågt baserat på procentandelen av ursprungliga tokens som är stakade.

Ett annat sätt som Ethereum upprätthåller säkerheten på är genom att regelbundet uppdatera nätverket. Den senaste uppgraderingen, Dencun, som aktiverades i mars 2024, fokuserade på att förbättra skalbarhet och effektivitet. Den implementerade flera Ethereum Improvement Proposals (EIP), en nyckelkomponent i protokollets styrningsramverk där medlemmar i communityt lämnar in förslag, diskuterar dem och når en konsensus om deras genomförande. Det viktigaste förslaget var EIP-4844, som introducerade proto-danksharding – det första steget i att lägga till ”blobs” till blocken.

Ethereum genomför också regelbundna revisioner för att testa nätverkets säkerhet. Ethereum samarbetade nyligen med Web3 bug bounty-plattformen Immunefi för att erbjuda en belöningspool på över 500 000 USD till forskare som kunde upptäcka svagheter i protokollet. 

Vi bemöter vanliga missuppfattningar

En kritik som riktas mot PoS är att ett fåtal validatorer med stora resurser kan dominera konsensusmekanismen, vilket ökar nätverkets centralisering. Emellertid är 32 ether både Ethereums lägsta och högsta insats (stake). Som ett resultat måste även de största deltagarna, såsom Lido (en stakingpool som står för 28,37% av all stakad ether) ha flera validatorer, vilket främjar decentralisering.

Detta tak säkerställer också en jämn fördelning av belöningar över tid. Till skillnad från Bitcoins PoW-konsensusmekanism, som kräver dyr datorkraft, är Ethereums PoS-protokoll mer av en jämlik spelplan. Inträdesbarriärerna när det gäller beräkningsresurser är låga, och validatorer får belöningar proportionellt mot taket, oavsett storleken på deras totala innehav. Dessutom baseras belöningarna på en prestationsstandard som är relativt enkel att uppnå: att agera ansvarsfullt (validatorer som inte straffas har en bättre chans att bli utvalda) och att upprätthålla drifttid.

Slutsats

Ethereum är det mest framstående PoS-protokollet, efter att ha övergått från PoW i september 2022. Validatorer måste staka 32 ether för rätten att slumpmässigt väljas för att bearbeta transaktioner. I gengäld får de blockbelöningar som står i proportion till värdet av deras insats. Protokollet straffar också dåligt beteende.

Decentralisering är nyckeln till Ethereums säkerhet. I jämförelse med konkurrerande PoS-protokoll rankas det högt när det gäller antalet validatorer, men relativt lågt när det gäller procentandelen av stakad ether, vilket är två mått för att mäta decentralisering. Andra sätt som Ethereum upprätthåller säkerheten på inkluderar regelbundna nätverksuppgraderingar och revisioner.

En av de främsta kritikerna mot Ethereum är den potentiella centralisering som orsakas av ett fåtal dominerande validatorer. Men taket på 32 ether fungerar som en motvikt och säkerställer också en rättvis fördelning av belöningar.